JP5685524B2 - アクチュエーターの音場を指向させる - Google Patents

Description

発明は、その表面上に電極が形成された少なくとも一つの板状ステーターと、少なくとも一つの動くダイアフラムからなり、その中では信号が信号線に沿って電極に送られる板状静電アクチュエーターに関する。

発明は更に、その表面上に電極が形成された少なくとも一つの板状ステーターと、少なくとも一つの動くダイアフラムからなり、その中では信号が信号線に沿って電極に送られる板状静電アクチュエーターの音場を指向させる方法に関する。

今日、放射音場を指向させることは典型的には、いくつかの音源を形成し、異なる遅延および／または信号振幅を使うことによって各音源に信号を供給することによって実装される。遅延と信号の周波数濾過は、一定値かまたは調節可能のどちらかのＲＣ回路を使うことによって、または代替的にマルチチャネルのアナログまたはデジタル信号処理によって確立される。いくつかの音源の使用は、いくつかの遅延回路を要求し、いくつかの増幅チャネルを使うことが必要となる可能性がある。従って、システムは複雑になり、要求される部品の数が大きくなる。

出版物ＵＳ4,338,489は、アクチュエーターの放射場を指向させるための主にヘッドセットで使われる構造を開示している。この解決策では、音を発生するダイアフラムがいくつかのセクションに分割され、異なるセクションに向けられた信号が異なるように遅延される。出版物ＪＰ2,265,400は、スピーカーの指向性を調節するための解決策を開示している。この解決策では、多数の振動子が同じ平面上に配置され、各振動子にやって来る信号がそれ自身の遅延装置を通して指向させられる。指向性は、遅延装置の位相遅延角を適切に調節することによって提供される。両解決策は、しかしながら、ダイアフラムの異なる部分または別々の振動子についての遅延を形成するための別々の遅延装置または回路を要求し、それはシステムの部品の数と複雑さを増加する。

本発明の目的は、アクチュエーターの放射音場を指向させる新規で改善されたやり方を提供することである。

発明の方法は、少なくとも部分的にアクチュエーターの部品からなるＲＣ回路でもって音場を指向させる遅延を形成することによって指向性を提供することを特徴とする。

発明の装置は、音場を指向させる遅延がアクチュエーターの部品からなるＲＣ回路で少なくとも部分的に形成されていることを特徴とする。

発明のアイデアは、いくつかの音源といくつかの遅延回路とそれらを制御するのに必要な増幅チャネルの代わりに、板状静電アクチュエーター自体が少なくとも部分的に使われることである。発明の解決策では、音場の指向性は、少なくとも部分的に静電アクチュエーターの部品からなるＲＣ回路で音場を指向させる遅延を形成することに基づいている。実施形態によると、静電アクチュエーター自体がＲＣ回路のコンデンサーとしての役目を果たし、それは、静電アクチュエーターのキャパシタンスが非常に高くなるようにステーターがお互いに近くに、好ましくは０．５ｍｍより少なく離れてあるために可能である。更に、実施形態によると、ＲＣ回路の抵抗が一方で、電極、つまりステーターの表面をいくらか抵抗性の材料で作ることによって形成される。

発明は、対応する指向させることが従来技術を使って実装された時と比較して、要求される部品の数が減り、構造と制御の両方が顕著により単純になるという利点を提供する。これは、例えば別々の抵抗が必ずしも必要ではなく、そのような構造が少なくとも部分的に部品として使われるために達成される。

発明の解決策の別の利点は、良好な指向性と平らな波形をそれで達成することができ、それにより例えば壁、天井およびその他の対応する要素からの音の反射を効率的に防止するかまたは必要に応じて利用することができることである。

発明の更に別の利点は、同じ技術が非常に狭いから非常に広いまでの応用に応じて非常に異なる正確に指定された音場を発生することが可能であることによる、リスニングエリアとスピーカーの数の最適化である。

発明のいくつかの実施形態が、添付の図面中により詳細に記載されている。

図中では、発明のいくつかの実施形態が明確さのために簡略化されて示されている。図中で同じ部分は同じ参照番号で印されている。

図１は、スピーカーのような静電アクチュエーターの構造の概略的表現である。 図２は、従来技術の静電アクチュエーターによって形成された音場の概略的表現である。 図３は、発明の静電アクチュエーターを使って形成された指向させられた音場の概略的側面図である。 図４は、図３に示された発明の静電アクチュエーターを使って形成された指向させられた音場の概略正面図である。 図５は、信号の入力サイトがアクチュエーターの中央線上にある、発明の静電アクチュエーターの実施形態で指向させられた音場の概略正面図である。 図６は、通路の天井近くに吊るされた従来技術の双極子アクチュエーターの音場の概略的表現である。 図７は、通路の天井近くに吊るされた発明の双極子アクチュエーターの音場の概略的表現である。

図１は、スピーカーのような静電アクチュエーターの構造の概略的表現である。静電アクチュエーター１は、少なくとも一つの板状ステーター２と動くダイアフラム３からなる。図１の実施形態では、２つのステーター２があり、動くダイアフラム３はステーターの間に配置されている。電極４がステーター２の表面上に形成される。信号は信号線５に沿って電極に送られる。

図２は、従来技術の静電アクチュエーターによって形成された音場を示す。従来技術の解決策では、電極４は極めてよく導電する、つまり、ステーター２の表面４は、例えば導電性となるように金属で被膜される。すると信号は、実用上、もし仮にそれがアクチュエーターのエッジ上に入力されたとしても静電アクチュエーター中での伝播時間遅延を持たない。すると音場は図２に示されるようになる。

図３と図４は、信号がアクチュエーター１の左エッジ上に入力された時の、発明の静電アクチュエーターを使って形成された指向させられた音場の概略的表現である。図３は実施形態の音場の側面図であり、図４は音場の正面図である。音場はそれから開いて、もっと右に向く。他の実施形態では、信号は、もし必要であれば、アクチュエーターのその他の点においても入力されて良く、それによりアクチュエーター中の接続点の位置が、その例が図４と５に示されているＲＣ回路の値と放射場の形状に影響を与える。

発明の解決策では、音場の指向性は、少なくとも部分的に静電アクチュエーター１の部品からなるＲＣ回路で音場を指向させる遅延を形成することに基づいている。静電アクチュエーター１のキャパシタンスが非常に高くなるようにステーター２がお互いに近くに、好ましくは１ｍｍより少なく離れて、特に好ましくは０．５ｍｍより少なく離れてあるために、静電アクチュエーター１自体がＲＣ回路のコンデンサーとしての役目を果たす。一つだけのステーターをもった発明の実施形態では、キャパシタンスはステーターとダイアフラムの間に形成される。１ステーター実施形態でのステーターとダイアフラムの間の距離は、好ましくは０．５ｍｍより少ない。

ＲＣ回路の抵抗は一方で、電極４、つまりステーター２の表面を、接続点とそれから更に離れた同じ表面の点との間のステーター表面から測定された抵抗値が少なくとも１ｋΩであるようなやり方で、いくらか抵抗性の材料で作ることによって形成される。アクチュエーターのサイズと当然ながらまた接続点と最も離れた点の間の距離は、例えば１センチから数メートルまで実施形態で変動し得る。キャパシタンスの形成は製造工程において調節し得るので、ステーター表面の望ましい特定の抵抗値は、例えば１＊１０−７−１＊１０５Ω＊ｍの広いエリアに拡張し得る。するとステーター表面の抵抗性の材料は、例えばクロミウム、チタン、ステンレス鋼、あるいは導電性または半導電性ポリマーで形成され得て、よっていくつかの製造方法を可能とする。静電エレメントの内部形状がキャパシタンスに影響を与え、抵抗値もまた導電体の長さと位置の選択によって調節され得るので、回路のキャパシタンスと抵抗値と従ってまた遅延は、最終製造工程中でさえ調節され得る。加えて、望みに応じて別々の抵抗、コンデンサー、コイルおよびその他の対応する部品を回路に追加することが可能である。

従来技術の解決策とは反対に、発明の解決策では、ステーター表面４はよっていくらか抵抗性であり、それが従来技術の解決策とは異なって信号の遅延がその入力サイトからの信号の距離と関連して増加する理由である。従って、信号がアクチュエーター１のエッジ上に入力され、電極４がアクチュエーターと共にＲＣ回路を形成する時、信号入力サイト７から更に離れた位置からのオーディオ信号は、信号入力サイト７により近い位置からよりも多く遅延され、図３の実施形態では、信号入力サイト７とは反対側のエッジ上の信号はよって遅延され、アクチュエーター１は図３に従って指向させられた音場を発生する。信号入力サイト７は、そこから信号がアクチュエーターに入力された点である。接続サイト７に言及するのに接続点またはコネクターという用語が使われても良く、点状の入力サイトに特定に言及する時には入力点という用語が使われても良い。

単にまたは主にアクチュエーター部品で音場を指向させることは、要求される部品の数を削減し、構造と制御の両方を簡略化する。これは、静的な表面がお互いに非常に近いために可能であり、それが静的な表面がお互いから離れている従来の解決策とは反対にアクチュエーターのキャパシタンスが高い理由である。従来の解決策での場合にそうであるようにキャパシタンスが低い時には、対応する時間遅延を得るためには抵抗値が高くなる必要がある。加えて、十分に高いアクチュエーターキャパシタンスのために、音場を指向させるのに要求される時間遅延が、音質、周波数帯の幅、またはエネルギー効率を顕著な程度にまで弱めることがない電極抵抗値で既に達成される。

図５は、信号入力サイト７が変えられた時に、発明の第二の実施形態において、図４に示された音場との比較で音場の指向性の変化を描いた例の概略的表現である。この実施形態では、入力サイト７がアクチュエーター１の中央線上にあり、それにより音場は上向きおよび下向きよりももっと横側に開く。

発明の一実施形態が図６と７に描かれており、それらは通路の天井６の近くに吊るされ２つの異なる方向に音を放射する双極子アクチュエーター１を概略的に示す。信号は、信号線５に沿って電極までもたらされる。図６は、天井６に部分的にぶつかり、よって干渉する反射を招く従来技術の音場を示す。図７は一方で、音場が信号の入力エッジから離れて指向させられるようなやり方でアクチュエーター１が発明に従って音を指向させるようにされた音場を示す。このようにして、図７の配置は、天井６からの干渉する反射を避けることが可能である。これは、通路やトンネルや、店舗、ショッピングセンターおよび空港のような音響的に要求の厳しい位置において特に有利である。

発明の異なる実施形態では、放射場は、望みに応じて拡大され放射表面と垂直ではない別の方向に指向されられても良い。加えて、２つ以上のアクチュエーターまたはスピーカーエレメントを使うことによって別々の音場を発生することが可能である。それらの別々の音場は、それらの目的に依存して異なる指向性場に合計されても良く、それらは同じターゲットかまたはいくつかの異なるターゲットに指向させられても良い。このようにして、例えば増幅表面に概ね垂直な波面を送信する平らなスピーカーが非常に異なるタイプの音場を作り出しても良い。更に、遅延によって得られた音場の指向性と例えば時間遅延の方向にあるかあるいはそれおよび／または並列あるいは直列にグループ化するエレメントの配置に垂直なエレメントの屈曲を組み合わせることによって、それにより得られたリスニングエリアと音場の指向性と音環境が更にもっと多様なやり方で調節されても良い。

発明のアクチュエーターは、アクチュエーターの位置がリスナーとの関係で最適化できないかまたはアクチュエーターの位置が製造−工学的または視覚的な根拠で規定される必要があるような応用において特に有用である。そのような実施形態の例は、スピーカーとしての役目も果たす必要のある映写表面である。表面は真っ直ぐでなければならないが、音放射パターンは非対称的に開く必要があり得る。最適にアクティブな表面エリアも大きいが、それから結果として得られる狭い放射ビームはより広いリスニングエリアに適するように拡大される必要がある。別の実用的な例は車中のスピーカーである。それらの最適な位置付けおよび指向付けはしばしば可能ではなく、その場合発明のアクチュエーターでの放射場の最適化は経験される音質とシステムの使用可能性を改善する。三番目の例は、発明のアクチュエーターが耳と外耳道に近い正確に規制された音場性質を達成し得るヘッドセットである。

更に、発明の実施形態では、音響的測定のための球状放射体を形成することが可能である。この実施形態では、発明の解決策を利用することによって、その放射場性質がマルチチャネル技術を使うことなく電気的に均衡され得る平面から作られた多面体を形成することが可能である。このタイプの放射体は、従来技術に基づいた解決策よりも製造するのが容易であり、それは音響的に球状放射体により緊密に相似する。

上述した実施形態に加えて、発明はまた、その他の音響的測定装置および家庭用音再生設備、マルチチャネルスピーカーおよびその他の車輌スピーカーにおいて直接的なまたは反射された音場を利用することによって、様々な応用としても利用され得る。もし望ましければ、スピーカーエレメントを音センサー（マイクロホン）として利用することも可能である。

いくつかの場合には、この出願で提示された特徴はそのまま、その他の特徴に拘わらず使われても良い。その一方で、この出願で提示された特徴は、もし必要であれば、様々な組み合わせを形成するように組み合わされても良い。

図面と関連する記載は、発明のアイデアを描写することだけを意図されている。発明は、請求項の範囲内で詳細において変動しても良い。

Claims (12)

1. 天井の近くに配置された板状静電アクチュエーターであって、
   板状静電アクチュエーター（１）のエッジ上にある信号入力サイト（７）と、
   ステーター表面とステーター表面上に形成された電極（４）を有し、信号線から音信号を受け取る少なくとも一つの板状ステーター（２）と、
   音場を作り出す少なくとも一つの動くダイアフラム（３）と、
   音場を指向させる抵抗を有するＲＣ回路と、を有し、
   結果として得られる音場が天井から離れるように向けられた平面波形音場であるように、信号入力サイト（７）から離れた位置からの音信号を、信号入力サイト（７）により近い位置からよりも十分により多く遅延させるように抵抗性である材料から、電極（４）を形成するステーター表面を作ることによって、ＲＣ回路の抵抗が少なくとも部分的に形成されている、
   板状静電アクチュエーター。
2. 信号入力サイト（７）と信号入力サイト（７）から最も離れた同じ表面の点との間のステーター表面から測定された抵抗値が少なくとも１ｋΩである、請求項１記載の板状静電アクチュエーター。
3. 板状静電アクチュエーター（１）が、ＲＣ回路のコンデンサーとして少なくとも部分的に働く、請求項１記載の板状静電アクチュエーター。
4. 板状静電アクチュエーター（１）が、２つの板状ステーター（２）と、それらの間に配置された動くダイアフラム（３）を含む、請求項１記載の板状静電アクチュエーター。
5. ＲＣ回路のコンデンサーとして働く板状静電アクチュエーター（１）のステーター（２）間の距離が１．０ｍｍより少ない、請求項４記載の板状静電アクチュエーター。
6. 板状静電アクチュエーター（１）の板状ステーター（２）と動くダイアフラム（３）の間の距離が、少なくとも部分的に１ステーターＲＣ回路のコンデンサーとしての役目を果たし、距離が０．５ｍｍより少ない、請求項１記載の板状静電アクチュエーター。
7. 板状静電アクチュエーター（１）がスピーカーである、請求項１記載のアクチュエーター。
8. 板状静電アクチュエーター（１）がマイクロホンであることを特徴とする、請求項１記載の板状静電アクチュエーター。
9. （ａ）板状静電アクチュエーター（１）のエッジ上にある信号入力サイト（７）と、（ｂ）その表面上に形成された電極（４）を有する少なくとも一つの板状ステーター（２）と、（ｃ）少なくとも一つの動くダイアフラム（３）を含む板状静電アクチュエーター（１）の音場を指向させる方法であって、
   信号線（５）に沿って電極（４）に信号を送るステップと、
   結果として得られる音場が平面波形にされるように、信号入力サイト（７）から離れた位置からの音信号を、信号入力サイト（７）により近い位置からよりも十分により多く遅延させるように板状静電アクチュエーター（１）によって形成されたＲＣ回路を使うことによって指向性を提供するステップと、
   を含む方法。
10. 信号入力サイト（７）と信号入力サイト（７）から最も離れた同じ表面の点との間のステーター表面から測定された抵抗値が少なくとも１ｋΩである、請求項９記載の方法。
11. 板状静電アクチュエーター（１）が、ＲＣ回路のコンデンサーとして少なくとも部分的に働く、請求項９記載の方法。
12. 板状静電アクチュエーター（１）が、２つの板状ステーター（２）と、それらの間に配置された動くダイアフラム（３）を含む、請求項９記載の方法。

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